脂多糖对畜禽热应激肠道损伤作用及营养调控

高晓艺，马贵达，徐 帆，王会真，张永英，石玉祥

(河北工程大学生命科学与食品学院，河北邯郸 056038)

专论与讲座

脂多糖对畜禽热应激肠道损伤作用及营养调控

高晓艺，马贵达，徐 帆，王会真，张永英，石玉祥*

(河北工程大学生命科学与食品学院，河北邯郸 056038)

畜禽受热应激刺激现象比较常见，畜禽热应激发生机制相当复杂，热应激对畜禽肠道损伤过程中脂多糖(LPS)起到了重要作用。论文总结了LPS对畜禽机体的肠道损伤作用机制和营养调控研究进展，并对畜禽受热应激刺激时防控LPS损伤机体研究进行了总结和展望。

畜禽；热应激；作用机制；营养调控

畜禽均有适宜的生存温度区间，当环境温度超过其舒适区上限温度时，表现出不同程度的热应激症状，不仅可导致正常新陈代谢发生代谢紊乱，还能降低其生产性能和产品品质，对机体造成病理损伤，甚至导致畜禽的死亡。热应激给畜禽养殖业造成了不同程度的损失，阻碍畜禽养殖业的发展。本文就脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)对畜禽热应激肠道损伤作用机制及营养调控研究进行综述。

1 LPS对畜禽热应激肠道损伤作用机制

1.1 畜禽热应激发生机制

畜禽热应激发生机制相当复杂，但一致认为畜禽受热应激刺激后，其通过改变机体呼吸、循环、消化、免疫和内分泌等系统的功能，调节机体新陈代谢和提高抗应激能力，以缓解热应激[1-3]。当持续热应激和急性高热应激超过畜禽的耐受力时，其心、肝、肺、肠道等器官会受到不同程度的损伤，其中细胞膜结构与功能的损伤最明显，且损伤有明显的持续性[4]。胃肠道是机体最早发生缺血缺氧组织器官，是机体较早受损或衰竭的组织器官之一，而恢复正常的时间又相对较晚[5-6]。如随受热应激刺激时间的延长，肉鸡腺胃、十二指肠、空肠和回肠的黏膜损伤、水肿。正常情况下，畜禽体内存在细菌和LPS，其中细菌和LPS是畜禽肠道最大的贮存场所[7]。热应激状态下，机体肠上皮细胞通透性明显增加，致使其肠道通透性增加、屏障功能消退，可造成内毒素和大肠埃希菌等病原微生物侵入机体内部，影响机体生长发育，甚至导致某些畜禽疾病的发生和流行，甚至威胁人类健康[8-9]。

1.2 LPS成分与功能

LPS是革兰阴性菌特有的成分，由类脂A、核心多糖和侧链多糖构成，其中类脂A是LPS的主要毒性成分，具有引起动物发热、白细胞增多，甚至造成死亡的生物效应。细菌LPS特指革兰阴性杆菌外膜上的一种LPS成分，当革兰阴性杆菌死亡溶解或者人工裂解菌体后，才释放出内毒素，被看作GNB的致病因子。

生物机体中存在能够识别保守细菌产物的天然免疫受体，如作为识别LPS的主要受体——TRL4表达于细胞表面,其被激活后，可激发信号转导级联反应，引起肿瘤坏死因子α等促炎因子的表达、中性粒细胞的聚集等一系列炎症反应，甚至引起过度的炎症反应。LPS可引起人和动物肠道黏膜水肿、肠绒毛顶部细胞坏死，致使肠通透性增加，从而破坏人和动物肠道黏膜屏障功能，导致细菌和LPS移位。机体细胞受低剂量 LPS 刺激后，若机体再受到致死剂量 LPS刺激时，机体表现出低反应或无反应的状态[10]。

1.3 LPS与热应激的关联性

肠道细菌中某些成员产生的毒素可能是人发生疾病和衰老的根源。肠道菌群是一个复杂的微生态系统，不但细菌种类繁多，而且数量庞大，借助肠道内的营养物质和环境栖息生存，在机体发育过程中，肠道菌群结构和功能逐步完善，有助于保证机体健康和提高畜禽生产性能。正常情况下，机体肠道微生物种类和数量维持相对稳定，益生菌磷脂壁酸、表面层蛋白等菌体分子与宿主的黏附相关蛋白分子结合，在肠道内的定植，通过占位效应抑制肠道有害菌群。同时肠道菌群及其分泌物不仅参与营养物质的消化吸收，还为肠黏膜细胞合成某些营养物质，为保证肠道正常的结构和生理功能提供了条件。如果畜禽肠道微生态平衡失调，肠道微生物菌群的结构和功能不仅发生改变，而且畜禽机体体液和细胞免疫也会发生一系列变化[11]。肠道菌群可利用肠道上皮细胞分泌的黏液和脱落的细胞，也能促进肠道上皮细胞黏液糖蛋白等分子的表达量，具有加厚并加固肠道黏膜屏障的作用[12]。此外，肠道菌群与宿主在相互作用过程中，细菌对肠道产生的刺激在一定程度上可以达到调节肠道免疫的作用[13]。

人和动物肠道是生物机体最大的细菌储存器官，尽管其储存的不同种类细菌可产生大量的LPS，但肠道免疫系统对中和LPS和限制LPS进入血液循环具有重要作用，尤其是与肠道SIgA和杯状细胞的作用极为密切[14]。不同应激因素均可引起肠道菌群比例和结构发生改变，造成肠道菌群维生素合成减少、氧化应激和营养缺陷及毒素分泌增多，进而影响其抗炎及免疫调节作用[15]。研究资料表明，机体受热应激刺激后，其肠道微生物菌群失衡，菌群结构和多样性发生改变，免疫屏障被破坏[11,16]。此外，热应激刺激后，血清LPS含量显著升高[17]。

1.4 LPS与肠道损伤的关联性

正常生理情况，机体肠道产生LPS被抑制，同时肠道黏膜能阻止细菌和LPS进入机体血液循环系统，即使有少量的LPS进入畜禽血液循环系统，也会被肝脏及时清除，故LPS根本不会对机体组织器官造成损伤[18]。热应激刺激时，因畜禽机体的适应性调节，肠道极易出现缺血，肠道的上皮细胞极易被破坏，肠道器质性病变导致其通透性增加和免疫屏障功能降低[19]。除热应激对畜禽机体的直接损伤外，热应激畜禽肠道LPS升高，肠道LPS和细菌因肠道通透性增加而进入血液循环，再次对组织器官造成损伤。因此将LPS作为诱发因子研究热应激对畜禽的多器官损伤具有重要意义。

2 畜禽热应激营养调控研究

热应激致畜禽肠道病理损伤过程中，LPS的作用至关重要[20]。故在肉鸡热应激的治疗过程中，应尽快促进热应激畜禽肠道的修复、阻止和消除LPS进入畜禽体内是控制LPS对机体危害技术的研究重点，即清除机体的内毒素，促进肠黏膜恢复，抑制细菌或内毒素进入体内，降低内毒素的危害作用。

2.1 蛋白质和氨基酸的调控作用

热应激刺激后，机体内产生的过氧化物和炎性因子可显著改变肠道免疫屏障功能[21-22]。人们通过利用谷氨酰胺、精氨酸等营养物质从抑制炎症因子和过氧化物形成方面研究了LPS对肠黏膜损伤修复[23]。如谷氨酰胺是肠黏膜上皮细胞和淋巴细胞的所必需的物质，具有促进受损伤肠道的修复及维持正常的局部免疫功能，其作用不可用其他氨基酸代替；精氨酸不但是内源性NO产生的唯一途径，而且是产生其他利于损伤修复生理变化的生化基础。在应激状态下，体内能自身合成精氨酸往往不能满足生理代谢需要。

2.2 维生素的调控作用

维生素A、维生素 C和维生素E是较为常用的防控热应激物质[24-25]。维生素A能提高机体抗氧化酶的活性来阻止机体热应激致机体内自由基的作用；维生素C能降低糖皮质激素分泌，避免因其浓度过高而产生免疫抑制；维生素E通过抑制机体过度分泌皮质醇而缓解对机体的免疫抑制作用，还有降低细胞膜的通透性，抗某些不饱和脂肪酸的过氧化作用，抑制受应激肌肉细胞释放肌酸激酶。

2.3 中药对肠道损伤的调控作用

中医药在治疗脓毒症方面具有悠久历史，研究表明中药可通过直接破坏LPS、促进LPS代谢、抑制巨噬细胞的活化等作用机制，达到清除和破坏LPS、抑制炎性细胞因子、调节免疫器官机能和保护脏器目的，发挥对LPS所引起病症的治疗作用[26]。研究表明，黄芪多糖、板蓝根多糖等多种中药提取物通过抑制炎性细胞因子等发挥其控制LPS的作用[27]。

3 问题与展望

规模化养殖畜禽受到急性高热应激刺激的现象相对少见，偏热应激刺激现象比较常见。LPS在热应激对畜禽肠道损伤过程中起到了重要作用，LPS对热应激畜禽的病理损伤作用受到广泛关注。随着我国畜禽养殖向精细化、效益化方向发展，有关热应激对畜禽生长发育的影响研究越来越被重视，寻找安全高效的多靶点物质抑制LPS的损伤也是当今兽医临床面临的难题。畜禽受热应激刺激后，其肠道是首先受损伤较为严重的器官之一，加强热应激对畜禽损伤机制研究，对建立畜禽的损伤评价指标及其调控措施、控制炎症反应和细菌感染有重要意义。

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Abstract:The heat stress of livestock and poultry is a common phenomenon, the mechanisms of heat stress are complicated，lipopolysaccharide plays an important role in the pathogenesis of intestinal injury.This paper summarized the mechanism and nutrient regulation of LPS-induced intestinal injury in livestock and poultry,and gave a prospects on the prevention and control of LPS injury when the livestock and poultry were stimulated by heat stress.

Keywords:livestock and poultry; heat stress; mechanism of function; nutrition regulation

EffectsofLPSonIntestinalInjuryInducedbyHeatStressandNutritionalRegulationinLivestockandPoultry

GAO Xiao-yi，MA Gui-da，XU Fan，WANG Hui-zhen，ZHANG Yong-ying，SHI Yu-xiang

(CollegeofLifeScienceandFoodEngineering，HebeiUniversityofEngineering，Handan,Hebei,056038，China)

S852.3

A

1007-5038(2017)08-0100-03

2017-01-14

河北省自然科学基金项目(C2015402110)

高晓艺(1993-)，女，河北平山人，硕士研究生，主要从事动物营养免疫调控研究。*